一种光纤传感器探头的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种光纤传感器探头，包括由若干根光纤组成的光纤组件和套设在光纤组件外的金属套，光纤组件沿长度方向分为前段光纤组件、中段光纤组件和后段光纤组件，前段光纤组件中的光纤去除涂覆层，在位于前段光纤组件处的金属套内形成有第一间隙，中段光纤组件和后段光纤组件与金属套之间设置有隔热装置，隔热装置由套设在中段光纤组件外的隔热管和套设在后段光纤组件外的光纤护套组成，隔热装置与中段光纤组件和后段光纤组件之间设置有环状的第二间隙，中段光纤组件和后段光纤组件中的光纤之间均设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙和第三间隙内均填充有耐650℃高温的高温密封胶，特点是能工作在650℃高温环境下，且成本较低。
【专利说明】一种光纤传感器探头
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种传感器探头，尤其是涉及一种光纤传感器探头。
【背景技术】
[0002]旋转叶片振动的在线检测对航空发动机、汽轮发电机组、燃气轮机等叶轮机械的安全运行起到至关重要的作用。统计数据表明旋转叶片的损坏事故大多数是由于旋转叶片在振动过程中引起的，根据旋转叶片实际振动情况的在线测量可以对旋转叶片的健康状态进行评估和预警，这就保证了旋转叶片能够安全运行，同时为设计人员进行旋转叶片振动的力学性能设计提供准确的测量数据。20世纪90年代中期，随着光电子技术的迅速发展，叶尖定时采用光纤传感器为旋转叶片振动的非接触在线检测提供了有效的方法，但由于发动机的旋转叶片工作在高温高压的环境下，对旋转叶片振动的非接触式测量所采用的光纤传感器探头的耐温性能提出了苛刻的要求，尤其是光纤传感器探头直接安装在航空发动机等被测设备的静止机匣上的部分，这就要求光纤传感器探头中处于前端30mm长的范围内应具有与被测旋转叶片相同的高温工作能力，即光纤传感器探头的温度承受范围为500。。?650。。。
[0003]光纤是光纤传感器探头中的重要组成部分，其典型结构是一种细长多层同轴圆柱形实体复合纤维，自外向内依次为涂覆层、包层和纤芯。其中，光纤的核心部分为纤芯和包层，二者共同构成介质光波导，形成对光信号的传导和约束，实现光的传输。涂覆层又称被覆层，是一层高分子材料涂层，主要对纤芯和包层提供机械保护。光纤的耐热温度受限于涂覆层采用的材料，如采用普通的塑料作为涂覆层材料的光纤的耐热温度为125°C，采用聚酰亚胺作为涂覆层材料的光纤的耐热温度为350°C，这两种光纤均不能承受650°C的高温，无法满足旋转叶片振动的在线检测的温度要求；而国外曾公开一种采用镀金涂覆层材料的光纤，其耐热温度可达650°C，但是其生产成本高，其成本是采用聚酰亚胺作为涂覆层材料的光纤的十倍。
【发明内容】
[0004]本实用新型所要解决的技术问题是提供一种光纤传感器探头，其采用涂覆层材料为聚酰亚胺的光纤，并能应用于650°C的高温工作环境，且成本较低。
[0005]本实用新型解决上述技术问题所采用的技术方案为:一种光纤传感器探头，包括由若干根光纤组成的光纤组件和套设在所述的光纤组件外的金属套，每根所述的光纤的涂覆层材料为聚酰亚胺，其特征在于:所述的光纤组件从光纤传感器探头的端面开始，沿所述的光纤组件的长度方向依次分为前段光纤组件、中段光纤组件和后段光纤组件，所述的前段光纤组件中的光纤的涂覆层被去除，在位于所述的前段光纤组件处的金属套内形成有第一间隙，所述的中段光纤组件和所述的后段光纤组件与所述的金属套之间设置有隔热装置，所述的隔热装置由套设在所述的中段光纤组件外的隔热管和套设在所述的后段光纤组件外的光纤护套组成，所述的隔热装置与所述的中段光纤组件和后段光纤组件之间设置有环状的第二间隙，所述的中段光纤组件和后段光纤组件中的光纤之间均设置有第三间隙，所述的第一间隙、第二间隙和第三间隙内均填充有耐650°C高温的高温密封胶。
[0006]所述的光纤组件由一根光纤组成，所述的前段光纤组件与所述的金属套之间形成所述的第一间隙。
[0007]所述的光纤组件由多根光纤组成，所述的第一间隙包括所述的前段光纤组件与所述的金属套之间形成的第四间隙和所述的前段光纤组件中的光纤因去除涂覆层而形成的第五间隙。
[0008]所述的中段光纤组件的外侧和所述的后段光纤组件的外侧设置有导热管，所述的导热管和所述的隔热装置之间形成所述的第二间隙；设置的导热管能通过金属传递热量，还可以往导热管里的微型孔洞添加制冷液作为热交换媒介，用导热管进一步保护光纤涂覆层，从而进一步提高传感器探头的长时间耐温可靠性。
[0009]所述的前段光纤组件中的光纤的长度为6?15_。
[0010]与现有技术相比，本实用新型的优点在于:将前段光纤组件中的光纤的涂覆层去除，在位于前段光纤组件处的金属套内形成有第一间隙，在中段光纤组件和后段光纤组件与金属套之间设置隔热装置，隔热装置由套设在中段光纤组件外的隔热管和套设在后段光纤组件外的光纤护套组成，隔热装置与中段光纤组件和后段光纤组件之间设置有环状的第二间隙，中段光纤组件和后段光纤组件中的光纤之间均设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙和第三间隙内均填充有耐650°C高温的高温密封胶；去除涂覆层的光纤能够耐受较高的温度，高温密封胶能够有效地阻隔光纤与金属套之间的热量传递，而隔热管能降低传递到光纤上的热量，使得光线传感器探头满足650°C高温的工作环境要求，且成本较低。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1为本实用新型的总体结构示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下结合附图实施例对本实用新型作进一步详细描述。
[0013]如图所示，本实施例中的光纤传感器探头包括若干根光纤组成的光纤组件和套设在光纤组件上的金属套2，光纤的涂覆层材料采用聚酰亚胺。光纤传感器探头中的光纤组件从光线传感器探头的端面开始沿长度方向分为前段光纤组件11、中段光纤组件12和后段光纤组件13。前段光纤组件11允许的直径较小，但耐温要求最高，中段光纤组件12和后段光纤组件13可允许的直径相对前段光纤组件11较大，中段光纤组件12耐温要求比后段光纤组件13高，后段光纤组件13由于离光纤传感器探头的端面较远，随温度梯度下降，现有的光纤能满足耐温要求，因此本实施例主要在前段光纤组件11和中段光纤组件12进行热保护结构设计。
[0014]本实施例中去除光纤传感器探头中的前段光纤组件11中的光纤的涂覆层以满足耐温要求，在位于前段光纤组件11处的金属套内形成有第一间隙，前段光纤组件11中的光纤的长度为6?15mm。光纤中的涂覆层最高能耐350°C,而光纤传感器探头安装的环境温度为650°C，为了使光纤传感器探头能满足耐650°C高温的要求，本实施例中将光纤传感器探头中的前段光纤组件11中的光纤的涂覆层去掉，去除的长度以光线传感器探头的端面的温度和温度梯减度为依据，本实施例中，根据旋转叶片振动的在线检测项目中光纤传感器探头安装环境的温度和递减度，取前段光纤组件11中的光纤的长度为6?15_，而没有去除涂覆层的中段光纤组件12和后段光纤组件13耐温都在350°C以下。中段光纤组件12和后段光纤组件13与金属套2之间设置有隔热装置，隔热装置由套设在中段光纤组件12外的隔热管41和套设在后段光纤组件13外的光纤护套42组成，隔热装置与中段光纤组件12和后段光纤组件13之间设置有环状的第二间隙，中段光纤组件12和后段光纤组件13中的光纤之间均设置有第三间隙，第一间隙、第二间隙和第三间隙内均填充有耐650°C高温的高温密封胶3。在本实施例中，光纤组件由多根光纤组成，第一间隙就包括了前段光纤组件11与金属套2之间形成的第四间隙和前段光纤组件11中的光纤因去除涂覆层而形成的第五间隙。本实施例中高温密封胶3选用上海亨越精细化工有限公司生产的型号为HS-176的耐高温无机粘合剂，其呈膏状，其具有的特性有:耐温范围为-60?+1000°C，比重在1.45g/cm3以上，抗拉强度在4.5Mpa以上，剪切强度在3.0Mpa以上，剥离强度在6N/mm以上。采用高温密封胶3将光纤固定在金属套2内，能够保护光纤，并能阻隔光纤与金属套2之间的热量，起到隔热作用。
[0015]光纤传感器探头的端面直接接触被测环境，耐温要求最高，沿着光纤传感器探头的长度方向各点耐温要求梯度下降，光纤传感器探头的金属套2导热性最好，在横截面方向其温度最高，随着温度梯度下降，处于光纤传感器探头中心的光纤温度最低，处于光纤传感器探头的中段光纤组件12中的光纤的涂覆层是最脆弱之处，为最大程度的保护光纤传感器探头的中段光纤组件12中的光纤的涂覆层，故在本实施例中，在中段光纤组件12与金属套2之间设置隔热管41，隔热管41的主要作用是加大温度递减程度，降低传导至光纤的涂覆层表面的热量。虽然在中段光纤组件12上套设有隔热管41，隔热管41能阻断在横截面方向从金属套2向涂覆层的热传递路径，但在光纤传感器探头的长度方向，高温密封胶3及去除了涂覆层的光纤仍具有一定的导热性，且由于热量的长时间累积，会影响光纤传感器探头的可靠性，因此在光纤传感器探头的中段光纤组件12中的光纤和后段光纤组件13中的光纤的涂覆层表面设计一层导热管5，此时，隔热装置与导热管5之间形成了第二间隙。该导热管5不仅可通过金属传递热量，还可以往导热管5里的微型孔洞添加制冷液作为热交换媒介，用导热管5进一步保护光纤的涂覆层，从而进一步提高光纤传感器探头的长时间耐温可靠性。
【权利要求】
1.一种光纤传感器探头，包括由若干根光纤组成的光纤组件和套设在所述的光纤组件外的金属套，每根所述的光纤的涂覆层材料为聚酰亚胺，其特征在于:所述的光纤组件从光纤传感器探头的端面开始，沿所述的光纤组件的长度方向依次分为前段光纤组件、中段光纤组件和后段光纤组件，所述的前段光纤组件中的光纤的涂覆层被去除，在位于所述的前段光纤组件处的金属套内形成有第一间隙，所述的中段光纤组件和所述的后段光纤组件与所述的金属套之间设置有隔热装置，所述的隔热装置由套设在所述的中段光纤组件外的隔热管和套设在所述的后段光纤组件外的光纤护套组成，所述的隔热装置与所述的中段光纤组件和后段光纤组件之间设置有环状的第二间隙，所述的中段光纤组件和后段光纤组件中的光纤之间均设置有第三间隙，所述的第一间隙、第二间隙和第三间隙内均填充有耐650°c高温的高温密封胶。
2.根据权利要求1所述的一种光纤传感器探头，其特征在于:所述的光纤组件由一根光纤组成，所述的前段光纤组件与所述的金属套之间形成所述的第一间隙。
3.根据权利要求1所述的一种光纤传感器探头，其特征在于:所述的光纤组件由多根光纤组成，所述的第一间隙包括所述的前段光纤组件与所述的金属套之间形成的第四间隙和所述的前段光纤组件中的光纤因去除涂覆层而形成的第五间隙。
4.根据权利要求1至3中任一项所述的一种光纤传感器探头，其特征在于:所述的中段光纤组件的外侧和所述的后段光纤组件的外侧设置有导热管，所述的导热管和所述的隔热装置之间形成所述的第二间隙。
5.根据权利要求4所述的一种光纤传感器探头，其特征在于:所述的前段光纤组件中的光纤的长度为6?15mm。
【文档编号】G01H9/00GK203672477SQ201320798610
【公开日】2014年6月25日 申请日期:2013年12月5日 优先权日:2013年12月5日
【发明者】叶德超, 程晓炜, 金鑫杰, 蒋伟平, 史训兵 申请人:浙江中欣动力测控技术有限公司